低濃度排ガス機能系燃料生成法と生成装置、付設する混合装置とその混合法
【課題】 膜乳化による低濃度排ガスのエマルション燃料の製法と混合液改質を保持する製法装置と高圧入操作可能な付設の混合装置とその混合法を提供する。
【解決手段】 １液と他液の原料供給と機械攪拌混和する前工程Ｉと、混和液を圧入、粒子化混合する本工程ＩＩにおいて、前工程Ｉの単一液と混和段階の液に各々タイミングの良い水質調整処理を与え、本工程ＩＩの終段階から前工程Ｉに戻す返送を可能にしてエマルションを生成し、生成過剰が生じても全過程の装置内での混合操作を中断させない生成法を行い、この方法を実施できる生成装置１９を構成し、この装置内の本工程過程に配設する混合装置１の内設液膜構造２を、ミクロン孔幅の線状開孔の開孔板を納めた強度の高い合成構造によって形成し、液膜の片側１個所に集合させて開口板に複数液をともに圧入、貫流させて混合、混和の操作を、微細化と共に実施できる混合法を構成した。
【解決手段】 １液と他液の原料供給と機械攪拌混和する前工程Ｉと、混和液を圧入、粒子化混合する本工程ＩＩにおいて、前工程Ｉの単一液と混和段階の液に各々タイミングの良い水質調整処理を与え、本工程ＩＩの終段階から前工程Ｉに戻す返送を可能にしてエマルションを生成し、生成過剰が生じても全過程の装置内での混合操作を中断させない生成法を行い、この方法を実施できる生成装置１９を構成し、この装置内の本工程過程に配設する混合装置１の内設液膜構造２を、ミクロン孔幅の線状開孔の開孔板を納めた強度の高い合成構造によって形成し、液膜の片側１個所に集合させて開口板に複数液をともに圧入、貫流させて混合、混和の操作を、微細化と共に実施できる混合法を構成した。
【発明の詳細な説明】
【発明が属する技術分野】
【０００１】
本発明は、液膜化混合構造を用いてＷ／Ｏ型エマルション燃料を生成する方法とその方法に関連する技術に係り、特に燃焼によって生じる排気ガスを低濃度にするエマルション燃料の製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
貯蔵中、性状が不安定に成り難い各種混合形式のエマルション生成製造法の一つに、図１０に示すように、大きい粒子や高粘性を示す油（Ｏ）などを、多孔質ガラス膜２の細孔１ｂに開口する大きさｄの孔に圧入、通過させ、水（Ｗ）などの他方の液中に投入、分散させ、その混合粒子化した混合液を、次段階に別に設ける多孔質ガラス膜に圧入、通過させ、エマルションを生成する二段階乳化法が知られている（特許文献１）。機械攪拌混合方式では、複数液の混合を攪拌操作する際に混合液に剪断が生じるので、そこで得る生成エマルションは貯蔵中に粒子の再結合現象を起こし、均質保持ができなくなる。一方、多孔質ガラス膜による液膜乳化法では剪断が生じないので、安定なエマルションを生成する、といわれる。なお超音波放射による油水混合のエマルション製造法もある（特許文献２）。
製造されたエマルション燃料は、一時的に貯蔵され、適時抜き出して消費される。
【０００３】
二段階乳化法に用いる多孔質ガラス膜は、ＳＧＰ膜と称するガラス膜が最適で、このＳＧＰ膜を用いて水を油中に分散させ、さらに直列に配置したＳＧＰ膜に通過させると、エマルション粒径を１μｍ以下にすることが可能であるという（特許文献３）。
ここに多孔質ガラス膜に対しては加える圧入操作によって差圧力が膜に生じる。そこでガラス膜はその差圧に耐える強度、即ち図１０に示すように膜に厚みｔが必要となる。この厚みを利用して円筒形やオリフィス状の孔を明ける膜加工が行われている（特許文献１）。
ＳＧＰ膜による二段階液膜乳化法には、圧入圧力と、膜孔と、そこを通過、生成するエマルション粒子との間に密接な相関関係があり、その関係によりエマルションの平均粒子径０．７〜４０μｍが得られるとの報告がある（特許文献４）。なおここでは、水中のｐＨ２〜８での種々異なる場合の実験参考結果が報告されている。
【０００４】
ＳＧＰ膜法で、軽油７５％と水２５％の混合液より製造された２５％エマルション燃料を燃焼させた際の排気ガス測定を、東京都指定機関が行っている。そのテスト結果によれば、ＮＯｘ３３％削減、ＰＭ７５％削減および燃費２１％の効果を得たという。これによって液膜化法のエマルション燃料が、低濃度排ガス能を持つことが示された。
【０００５】
ＳＧＰ膜は、１３００度以上を用いる成形ガラスであって機械的強度に弱く、脆い。従って加圧力を受ける膜に厚みを必要とし、高圧圧入操作ができない、操作時ｐＨが酸性側で、ＳＧＰ膜以外の装置構造材に発錆予防処置を必要とする、との欠点があった。
生成装置で製造されたエマルションは貯槽に保管され、保管中は一般に機械攪拌が続けられる。貯槽付設の機械式攪拌機は、通常、設置機械の混和効果を考えた操作管理されることは少ない。従って、水や油に比べて比重が大きい乳化剤が、槽内で分離し、ひいては貯蔵生成燃料の保存安定性が損なわれ、悪循環して乳化効果が持続しない懸念がある。
【０００６】
これらの欠点は、被処理液を微粒子化して混合液にしたいエマルション生成にとって、最適の液膜乳化法になっていない。具体的には、液膜乳化法の前処理工程において、ＳＧＰ膜に圧入する前処理液を、乳化中の大量の攪拌液、異種液と混在して未乳化状態のもの、乳化進行中のもの、乳化途中で攪拌による剪断を受けているものなど、ごちゃ混ぜに液の操業管理が行われ、乳化剤添加の環境を複雑化した後に、乳化剤を添加することに問題があった。またＳＧＰ膜のガラス質が酸性であることに係る欠点と、装置の発錆予防対策とが相反する技術的関係にあることにも課題となる問題があった。
【特許文献１】特開昭５４−１１６３８９号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１７７３号公報
【特許文献３】特許第２７２０１０１号公報
【特許文献４】特許第２７３３７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題は、液膜乳化法実施の前処理段階と本工程である液膜化操作を技術分割していない取扱い上に瑕疵がある点である。またエマルション生成から消費されるまでを、液膜乳化操作を加えた連続動的操作を継続して行わなかった点である。そして前処理段階がクラスター分割を含む液細粒化操作を一時貯留中の液にも継続して行うことが細粒化前段階で生じる液の凝集性を阻害できる、良好な液膜化段階へ液を送り出す条件作りであり、その分子レベルの攪拌操作を継続しなかった点である。さらに液膜乳化法に用いるＳＧＰ膜の特定材質によって、アルカリ傾向の対象液を使えず、また強度の高い材質を選ぶことができない点である。加えるに、液膜化法の細粒混合方式が、液膜の一方側からろ過しながら他方側の液と混合、混和する単純機能形なので、ろ過と混合を液膜中で行う複合機能を行っていない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、その低濃度排ガス機能形燃料の生成法が、単一液に対する軟水化、乳化、混合液へのｐＨ調整や加振を含む改質操作を前工程中に行った後に本工程に送り出し、エマルション生成後に消費するまで、混ぜる操作を継続することを最も主要な特徴とする。
【０００９】
また本発明の燃料生成装置は、機械的強度が選択可能な混合装置を組み込み、エマルション生成前の液細粒子化操作から生成後に消費するまでの機械的回路を形成し、生成品に過剰分が生じても対処できる装置を有機的に配設したことを最も主要な特徴とする。
【００１０】
そして本発明の混合装置は、機械的強度を選択できる材質の支持体と、液通過接液面において通過液の剪断が生じない軟質材とによる機能分担型の合成薄膜を形成し、液の圧入圧力を自由選択可能に粒子化混合を行う構造を形成したことを最も主要な特徴とする。
【００１１】
さらに本発明の混合法は、ろ過機能を持つミクロンオーダーの微細幅で線状カット加工で開孔する遮断壁の一方側に、異種溶液の全種または選択した複数種の集合溶液を纏めて導入し、他方の壁面側空間に向けて圧入操作することによって溶液の微細化と、その液微細化粒子の拡散と混合が生じる構成にしたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の、低濃度排ガス機能形燃料生成法は、前工程中に単一液対象操作を含む改質操作、水質調整を行うので、原料受け入れ時の液水分粒子群を予めできるだけ小さくする細粒に群化し、粒容積当たりの界面面積を予め拡げて乳化剤の浸透度を深め、本工程操作直前の改質混和液を、当面する液膜の孔サイズに対応し易い小の粒子群に予め変えて粒子化混合を行う。従って液膜作用中の貫通抵抗が削減できるという利点がある。さらにエマルションの生成から消費まで、燃料生成装置の回路中で液を混ぜ続ける操作を行うので、乳化効果の減退を起こさせない利点がある。
【００１３】
また本発明の燃料生成装置は、構造材質に特定制限がないので燃焼装置に対応して機械的強度を自由に選択できる。従って材料を薄膜状にしても対応設計ができるので壊れる箇所がなくなるとの利点がある。生成品過剰分は、製造工程並みの混和操作を継続することにより生成初期の品質が保持でき、また燃料消費中に再取得する排ガス熱利用を煙道活用によって、高粘性の油供給部を排熱により温めて乳化剤の添加効果を上げたり、混合ユニットを温めて粒子化混合操作の反応効果を高めたりできる利点がある。
【００１４】
そして本発明の混合装置は、強度のある材質と軟質材から合成した薄膜を形成して混合粒子化部を形成したので、高圧の圧入操作を用いて壊れる心配のない構造内で、改質混和液の粒子化混合が行える利点が得られ、薄膜の軟質材には特に孔明けをしないカット加工によって実質的に開口する孔を設けたので、改質通過液を限りなく狭い間隙に通過させることができ、エマルションの粒子径をナノレベルまで微細化できる利点がある。
【００１５】
さらに本発明の混合法は、異種、複数の対象溶液を一空間に集めて無差別に一構造の開口部に貫流させる方法であるので、液導入配管が簡便になる利点や混合と共に微細化が行えるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一時貯留することになる生成品過剰分も、生成直後に直接消費するエマルション燃料生成品も、ともに均質な品質を保持できるミクロンオーダーの微粒子を保持できるように、変わらない低濃度排ガス機能を発揮する燃料生成法を確立するという目的を、前工程の混合ないし混和操作中に水質調整を付加して、本工程中に過剰生成分を前工程終段の攪拌混和工程に返送する循環系を配設することにより、混合液も改質混和液も最終生成品に対しても途中で中断させることない攪拌操作を加えて実現した。
【００１７】
また低濃度排ガス機能形燃料の生成法を実現する組立装置を機能させるという目的を、前工程ユニットと本工程配設装置とそれらに接続する二台のポンプを、主要装置に配設する循環配管系を構成して、装置全体を遅滞なく運転、操作可能に実現した。
【００１８】
そして混合装置混合粒子化部の液膜構造を、耐アルカリ性で機械的強度もあり、粒子化混合操作機能も有する構造にするという目的を、軟質薄膜層とそれを機械的に保持する支持体によって合成構造を形成して実現した。
【００１９】
さらにろ過と混合を液膜中で行う複合機能を実現する目的を、開口板の一側空間に複数の対象溶液を集合し、合わせて他側空間に向けて圧入操作することによって、微細化と異種混合と相互拡散を実現した。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の生成方法の１実施例を示す流れ図である。まず消費量に対応する設定油量と水量を、設定混合比に基づいて供給し（Ｓ１、Ｓ２）、油量に対しては界面活性剤または乳化剤の設定量を添加して乳化する（Ｓ３）と共に、水質が硬水であれば軟水化操作を行う（Ｓ４）。前記３種を混合した（Ｓ５）混合液は、発錆予防を兼ねたｐＨ調整と高周波照射や電磁的振動による加振操作を加え、混合液のクラスター分子を細粒化する液質調整（Ｓ６）の後に混和槽へ投入し、そこで機械攪拌しながら貯留される（Ｓ７）。またここに記載しないが、この混合液はポンプによる強制移送を利用し、また混和槽に用いる攪拌機は、混合液を剪断しないプロペラ構造と低剪断攪拌の操作が選ばれ、かつ混和液の脱気が行われる。加圧混和を行わない、混和槽内操作までを前工程と称する。
所定時間、攪拌、混和により得た混和液は、ポンプにて槽外管中に連続的圧入操作を受け、その吐出配管は調整圧に昇圧するまで液圧入操作を行う（Ｓ８）本工程に進む。該吐出配管には混合装置（以下、ナノＢｏｘという）が接続され、その内部構造の粒子化混合器内において、移送、圧送された混和液は、ろ過と混合の併合操作を受ける（Ｓ９）。
【００２１】
この粒子化操作は、対象液の一方に液体炭素系燃料を用いるエマルション生成を保障するために、その混合設定仕様をテスト結果に基づき得られる設定仕様に従うもので、これまでに、ナノＢｏｘ単体により液膜化を行う一段階操作、後述する図５に示すナノＢｏｘ複数を用いる二段階操作、並列操作、あるいはこれら組合せをヘッダー配管で連結、組み合わせて行う複ユニット構成による多段階操作を、粒子細粒化程度や処理量に応じて行う。
【００２２】
ナノＢｏｘから出力してエマルションが生成する（Ｓ１０）。出力した液が即時消費される場合に、エマルション生成量に過剰分があるか、逆洗時の使用量が消費先で消化できるかなど、ここに記載しないコントローラの記憶ソフトに基づいて生成量の量調整が行われる。その結果、該生成量が前記ソフト条件内の設定生成量であるか（Ｓ１１）、設定量以内であれば、燃焼装置など継続する消費先へ引き続き連続供給（Ｓ１２）して生成法を終了する。そうでなければ生成量不足の量であるか（Ｓ１３）が処理され、それが不足量であれば、前記Ｓ１２段階を経て生成法を終了する。しかし生成量不足でなく過剰生成量の場合、過剰分は混和槽に移送し（Ｓ１４）、全体装置の循環系内部の混和操作が続く。
【００２３】
図２は、本発明の燃料生成装置の１実施例の全体構成を説明するもので、（Ａ）は構成機器の全体配置を示すブロック図、（Ｂ）は機器類の計測、制御システムを示すブロック図、（Ｃ）は別の付加的構成を示すブロック図である。
同図（Ａ）に示す５は、油供給部５ａ、水供給部５ｂ、助剤供給部５ｃから成る前工程ユニット、６は前工程ユニット５の液を、ｐＨ計７ａ、水質調整器７ｂを操作して機械攪拌する混和槽７へ移送するポンプ、８は三種混合液を混和槽７が生成した改質混和液を、１パスまたは二段階混合ユニット１０ないし直列多段並列組込み混合ユニット２０へ圧入するポンプ、８ａは圧入ポンプ８が操作する圧入圧力を計測する圧力計、８ｂは前記混合ユニットの内部空気を脱気するエア抜き弁、二重破線で示す１４はエマルション生成品を混和槽７へ戻す返送管、１５はバーナー９と炉から成る生成品消費対象の消費ユニット、そして１９は全体の装置をアセンブリしたエマルション燃料生成装置である。なお、２５はバッファ機能を加えるサービスタンクであって、混合ユニット１０が消費量に対応しない過剰生成量を混和槽７に戻す場合に、前工程操作の工程管理上、必要がある際、適時に設置する構成装置である。また助剤（１）、助剤（２）とは軟化剤と乳化剤あるいは他の界面活性剤を示す。
【００２４】
同図（Ｂ）に示す１６は、二重線で示すパス１７を介して、矢印付き実線で示す流路に流量、水質調整、圧力、流量の切換操作を含む生成量調整を行う制御系機器を配置してそれらと交信する制御信号と、流量、ｐＨ値、熱量、温度などを測定して、点線で結ぶ黒丸で示すセンサー系から生じるデータを処理するコントローラである。なお、丸の中に×を納めて示す制御系機器を結ぶ実線に、点線を結ぶバーナー９に対しては、その仕様が選択的に変更があることを示す。さらに制御系の水質調整は、前工程ユニット５と混和槽７に対して行う制御機器を配置することを示す。
同図（Ｃ）に示す１８は、発熱する消費ユニット１５と加温操作を要する油供給部５ａと混合ユニット１０ないし２０の、ここに表示しない加温装置と配管する二重線で示す煙道であり、矢印付きの二重破線は二次的優先順位で配管することを示し、二重線は主たる優先順の供給先配管を示す。なお、煙道１８に挿入して、丸の中に×を納めて示す制御系機器は、その制御対象を、同図（Ｂ）のセンサー系に示す熱量／温度に連係する。
【００２５】
図８は、エマルション燃料と気体燃料との共用システムを示すブロック図であって、２２は、天然ガスやメタン発生ガスなどの気体燃料供給器２１をエマルション燃料生成装置１９と混合処理操作して燃料を消費する消費ユニット１５へ供給するための混合器である。気体燃料供給器２１には、消費ユニット１５へ供給可能とする圧力を保持または発生して、混合器におけるエマルション燃料との噴霧混合処理操作を発生可能のものとする。
【００２６】
本発明の燃料生成装置の１実施例では、主要機器の諸元としては流量６〜１０ｌ／ｍｉｎ、吐出圧１．４ＭＰａ、出力０．４ｋｗのポンプ６，８を用い、前工程ユニット５に設定する混合比率は、表示器付き自動入力設定器に加えてセンサーは下限防止および停止機能付きセンサを併用する制御操作を、水質調整はｐＨ９〜１２、加振操作振動数１５０Ｈｚ以下、混和槽内攪拌機を２００〜７００ｒｐｍ範囲の操作で運転し、全体占有面積４００×３００×７００Ｈ（ｍｍ）内に収納した。
【００２７】
図３は、エマルション燃料生成用の混合装置を説明する装置の全体構成と、粒子化混合の概念を示し、同図（Ａ）に示す１は、内径Ｄ１の入口配管に開口する外ケース１ａと外径Ｄ２の出口配管に開口する混合粒子化部２とにより形成する混合装置（以下、ナノＢｏｘという）であって、２と３とＤ２は同図（Ｂ）と同じである。
内部空間▲１▼と▲２▼および外ケース１の内外は密閉状に形成し、混合粒子化部２に形成する軟質薄膜層３に開口する孔によって内部空間▲１▼と▲２▼は連通する構成になっている。なお、矢印は改質混和液の流れ方向を示す。同図（Ｂ）、（Ｃ）に示す混合粒子化部２の実施例では、１ｂは、混合粒子化部２を一側に配置する厚さｔ２の支持体１ｃに保持され、その他側に合成する厚さｔ１の軟質薄膜層３に形成する軟質膜孔であって、同図（Ｂ）、（Ｃ）に示すものはともに同じでる。矢印は、改質混和液が該軟質膜孔を透過する方向を示す。
同図（Ｃ）に示す４は、軟質薄膜層３に形成するカット幅ｗ１が、広がりＲにＹ字状にに開口する軟質膜孔１ｂとともに、支持体１ｃ側も同形に開口する板孔である。直線型の主孔のみ開口する実施例でも良いが、主孔の一端に枝孔（１）を連続させた折れ線型、あるいは二点破線で示す枝孔（２）を設けて接続するＹ字型開孔構造を設けてもよい。この折れ線部に孔通過中に差し掛かった粒状分子は、外部強制力によって分断し、細粒化し易い空間を作り出す。
【００２８】
図４は、ナノＢｏｘの粒子化混合開口部の他の実施例を示し、３ａは、サンドイッチ状に軟質薄膜層３両側に支持体１ｃ、１ｄで挟んで形成する合成構造の該支持体両側にＲψ大きさの支持体開口４を設け、その開口中心位置に十字形カット加工の軟質膜孔１ｂを振り分けて設けて出来る厚さｔ１の軟質薄膜端片から成り、矢印付き点線方向から圧入操作される場合に、加工時に残留して下方に折れ曲がる薄膜端片３ｂによって可撓性が呈示されるようになった可撓膜片である。
【００２９】
本発明のナノＢｏｘの１実施例では、主要諸元は軟質薄膜層１ｂにｔ１＝０．５ｍｍのテフロンを用いて、支持体１ｃ、１ｄにｔ２＝０．５または１．０または２．０ｍｍのＳＵＳ薄板に接着合成し、開口は十字形カット幅ｗ１＝０．１〜１．０μｍ、長さ＝１．０〜１０．μｍ、流量がｍａｘ１０ｌ／ｍｉｎ用にあっては、ナノＢｏｘ大きさはＤ１＝２５φ×１７０ｍｍＬ、空間▲１▼に圧入する加圧力を０．５〜１．５ＭＰａとした。
【００３０】
図５は、ナノＢｏｘによる二段階混合ユニットの構成を説明し、（Ａ）は直列型の実施例、（Ｂ）は並列型の実施例を示す。同図（Ａ）に示す１２は、エア抜き弁８ｂを付設する前段ナノＢｏｘ１１とともに二段階混合ユニット１０を構成し、その出口配管と入口配管をバイパス管で循環可能の配管を付設する後段ナノＢｏｘである。
二段階混合ユニット１０内の改質混和液操作を、前段ナノＢｏｘ１１においては改質混和液を外側内部空間▲１▼から求心方向へ向かう内側内部空間▲２▼へ圧入し、次工程の後段ナノＢｏｘ１２においては、改質混和液を空間▲２▼から空間▲１▼へ圧入して遠心方向へ通過、処理するようにしても良い。この操作を一定期間毎に逆操作することによって、ナノＢｏｘ内部構造の逆洗操作を、特別に日常的に設けることもない。
同図（Ｂ）に示す２０は、二段階混合ユニット１０を並列に配設し、入口側と出口側の配管にヘッダーを設けて多流量の粒子化混合操作が行える用に構成した直列多段並列組込み混合ユニットである。
【００３１】
図６は、同じくエマルション化の作用を混合前状態と比較して説明するもので、（Ａ）は粒子径分布を示すグラフ図、（Ｂ）はエマルション生成品を顕微鏡写真によって示す実測イメージ図であって、粒子径分布群［０１］は、図３に示すナノＢｏｘ投入前の混合液分布、同群［Ｎ１］は同じく投入後のエマルション液分布を示す。
ここに示す試料例を、本発明装置による相対粒子量ピーク時粒子径位置を基準に比較すると、処理前試料に比べ２０分の１以下の粒子径群に細粒化されている。
【００３２】
図７は、ナノＢｏｘのエマルション化の特徴を操作を代えて行った場合の生成変化を説明するもので、（Ａ）はそれら粒子径分布を示すグラフ図、（Ｂ）は生成品を示す実測イメージ図である。ここに、粒子径分布群［０１］、［Ｎ１］の操作条件は、図６と同じである。また同［Ｎ２］は、図３に図示の、ナノＢｏｘ単体に２０分間連続して液循環させた後の試料データを示す。その装置投入前試料は、軽油７０（実質６８）、水３０、乳化剤２の混合液である。その混合ユニット投入前試料は、試料混合後、機械攪拌を約３０分間行った後の分布群［０１］であり、データ採取は、所定操作後に装置出口直後から得た。
【００３３】
図９は、本発明の、混合方法を説明し、異種二液の混合ないし混和作用とエマルション生成作用を示す模式図であって、図３（Ｃ）に図示するように、線状に孔加工したミクロンオーダーまたはそれ以下の開口カット幅によって貫通孔を設けて形成する混合粒子化部の開口板片側に、Ａ液、Ｂ液の異種液の混合操作を行って、該開口板の他側に微細化を進めて混在程度を高める複数液混合法であり、また前記開口板片側にＡ、Ｂ両液とＭなる乳化剤、界面活性剤を混在させ、開口板他側にエマルション生成を行ってＥ液なる混和液を生成する合成１液混和法を示したものである。
線状微細孔は、圧入された液分子を、クラスター化構成の分子の微小化、微小化クラスターのレプテーション化、生じた分子鎖の切断、表面張力による切断修復、鎖状形成分子の分離ブロッブ化、糸玉状ブロッブの撚り解消による糸状化、糸状の弱点切断など、近年解明された物性物理に係る高分子鎖知識によって、前記微細孔の細孔幅は液分子の状態を決める手順をガイドするものと推量される。ここで１ミリ加工板に開口幅ｗ１＝１ミクロンを開口することが、例えばｗ１の１ミリに対する加工板厚さが、１ｍに換算できる相似点なるという理屈が、前記推論に導く。
充分にミクロンオーダー前後に微細化した異種液は、予め単独ごとにフィルタリングした異種液を混合した場合に得られる混合液と変わることなく、本発明混合法における前記混合ないし混和の両法により得られる液は、その過程で、濃度を一様にしようと揺れる、即ち協同拡散モード段階を経て、異種液が確率的に混在する状態を得ると推量される。
この推測は、前記複数液混合法の実施例として図６に示す粒子径群［Ｎ１］の混合液と、前記合成１液混和法の実施例によって得た図７に示す粒子径群［Ｎ１、Ｎ２］を用いて行った燃焼実施によって、失火が生じることなく燃え続けたので、実用的な混合法、混和法であることを知った。
【００３４】
前記試料を得て、これらエマルション生成品を燃焼させて、発生する排ガス測定を行った。その実施例を下記の表に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
上記した表１において、本発明の燃料生成装置において比較例の２〜３倍の圧入加圧力を得ることができ、発生する排気ガスの減少率が、ＮＯｘデータでは比較例８５（１００−８５＝１５）、実施例１では同じ減少率、実施例２では９７（１００−９７＝３）、黒煙データは比較例６５（１００−６５＝３５）、実施例１および２とも８２（１００−８２＝１８）であった。ここに比較例は、ＳＧＰ膜による液膜乳化法によって得た試料をによるものである。換言すれば、前記したＮＯｘデータ比較では、比較例の括弧内（＝１５）値と実施例２の括弧内（＝３）を比べることが出来る。
黒煙データ比較では、同様に比較例（＝３５）、実施例１および２とも（＝１８）と比較できるので、実施例の方がＮＯｘ排気で１５／３の効果を得たことを示し、黒煙排気で３５／１８の効果があったことを示す。実施例の方がＮＯｘ排気で５倍、黒煙排気で約２倍の低濃度排気機能を有するエマルションであった。
なお、参考値として調べた燃費効果では。軽油、重油とも比較例より約２割のコスト低下を得、ランニングコストにおいても、有利な結果が得られた。この実燃料消費量当たりの結果を実油量のみを対象としたｔｏｅ（石油換算）単位で表せば、［１００＋（１００−７０）］÷（１００−３０）＝１．８８倍、燃費は向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の生成方法、その燃料生成装置、この生成装置に組み込むナノＢｏｘ、この混合装置を用いた混合法を含む一連の異種液の生成技術は、暖房、温室加温を含む燃焼設備に用いるボイラー、製薬、化粧品、化学品の製造分野において、異種液の均一拡散液の混合液、エマルション混和液あるいはラセミ化反応活用に広く、多分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】低濃度排ガス機能形燃料生成法を示した流れ図である。
【図２】低濃度排ガス機能形燃料生成装置の全体構成を説明するもので、（Ａ）は構成機器の全体配置を示すブロック図、（Ｂ）は機器類の計測、制御システムを示すブロック図、（Ｃ）は別の付加的構成を示すブロック図である。
【図３】燃料生成用混合装置を説明するもので、（Ａ）は装置を側断面で示す全体図、（Ｂ）は粒子化混合の概念を示す部分側断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ′矢視図である。
【図４】混合装置の粒子化混合開口部の他の実施例を示す部分側断面図である。
【図５】混合装置による二段階混合ユニットの構成を説明するもので、（Ａ）はその第一実施例を示す全体構成図、（Ｂ）はその第二実施例を示す全体構成図である。
【図６】混合装置によるエマルション生成作用を混合前状態と比較して説明するもので、（Ａ）は粒子径分布を示すグラフ図、（Ｂ）はその生成品を示す実測イメージ図である。
【図７】本発明の、混合装置によるエマルション化の特徴を説明するもので、（Ａ）はその粒子径分布を示すグラフ図、（Ｂ）はその生成品を示す実測イメージ図である。
【図８】エマルション燃料と気体燃料との共用システムを示すブロック図である。
【図９】本発明の、混合方法を説明するもので、（Ａ）は二液混合作用を示す模式図、（Ｂ）はエマルション生成作用を示す模式図である。
【図１０】従来技術を説明し、粒子化混合の概念を示す部分側断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 混合装置
１ｂ 軟質膜孔
１ｃ、１ｄ 支持体
２ 粒子化混合部
３ 混合構造
４ 支持体開口
５ 前工程ユニット
５ａ 油供給部
５ｂ 水供給部
５ｃ 乳化剤供給部
６、８ ポンプ
７ 混和槽
７ａ 水質調整器
８ｂ エア抜き
１０ 混合ユニット
１１ 前段混合装置
１２ 後段混合装置
１４ 返送管（過剰生成分）
１６ コントロ−ラ
１８ 煙道
１９ エマルション燃料生成装置
２１ 気体燃料供給器
２２ ガス混合器
２３ 生成品
２５ サービスタンク
Ｏ 油
ｔ 混合粒子化部孔径
ｔ１ 軟質膜厚
ｔ２ 支持体厚
Ｗ 水
ｗ１ 膜孔スリット幅（実質最小孔幅）
▲１▼ 膜外側空間
▲２▼ 膜内側空間
【発明が属する技術分野】
【０００１】
本発明は、液膜化混合構造を用いてＷ／Ｏ型エマルション燃料を生成する方法とその方法に関連する技術に係り、特に燃焼によって生じる排気ガスを低濃度にするエマルション燃料の製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
貯蔵中、性状が不安定に成り難い各種混合形式のエマルション生成製造法の一つに、図１０に示すように、大きい粒子や高粘性を示す油（Ｏ）などを、多孔質ガラス膜２の細孔１ｂに開口する大きさｄの孔に圧入、通過させ、水（Ｗ）などの他方の液中に投入、分散させ、その混合粒子化した混合液を、次段階に別に設ける多孔質ガラス膜に圧入、通過させ、エマルションを生成する二段階乳化法が知られている（特許文献１）。機械攪拌混合方式では、複数液の混合を攪拌操作する際に混合液に剪断が生じるので、そこで得る生成エマルションは貯蔵中に粒子の再結合現象を起こし、均質保持ができなくなる。一方、多孔質ガラス膜による液膜乳化法では剪断が生じないので、安定なエマルションを生成する、といわれる。なお超音波放射による油水混合のエマルション製造法もある（特許文献２）。
製造されたエマルション燃料は、一時的に貯蔵され、適時抜き出して消費される。
【０００３】
二段階乳化法に用いる多孔質ガラス膜は、ＳＧＰ膜と称するガラス膜が最適で、このＳＧＰ膜を用いて水を油中に分散させ、さらに直列に配置したＳＧＰ膜に通過させると、エマルション粒径を１μｍ以下にすることが可能であるという（特許文献３）。
ここに多孔質ガラス膜に対しては加える圧入操作によって差圧力が膜に生じる。そこでガラス膜はその差圧に耐える強度、即ち図１０に示すように膜に厚みｔが必要となる。この厚みを利用して円筒形やオリフィス状の孔を明ける膜加工が行われている（特許文献１）。
ＳＧＰ膜による二段階液膜乳化法には、圧入圧力と、膜孔と、そこを通過、生成するエマルション粒子との間に密接な相関関係があり、その関係によりエマルションの平均粒子径０．７〜４０μｍが得られるとの報告がある（特許文献４）。なおここでは、水中のｐＨ２〜８での種々異なる場合の実験参考結果が報告されている。
【０００４】
ＳＧＰ膜法で、軽油７５％と水２５％の混合液より製造された２５％エマルション燃料を燃焼させた際の排気ガス測定を、東京都指定機関が行っている。そのテスト結果によれば、ＮＯｘ３３％削減、ＰＭ７５％削減および燃費２１％の効果を得たという。これによって液膜化法のエマルション燃料が、低濃度排ガス能を持つことが示された。
【０００５】
ＳＧＰ膜は、１３００度以上を用いる成形ガラスであって機械的強度に弱く、脆い。従って加圧力を受ける膜に厚みを必要とし、高圧圧入操作ができない、操作時ｐＨが酸性側で、ＳＧＰ膜以外の装置構造材に発錆予防処置を必要とする、との欠点があった。
生成装置で製造されたエマルションは貯槽に保管され、保管中は一般に機械攪拌が続けられる。貯槽付設の機械式攪拌機は、通常、設置機械の混和効果を考えた操作管理されることは少ない。従って、水や油に比べて比重が大きい乳化剤が、槽内で分離し、ひいては貯蔵生成燃料の保存安定性が損なわれ、悪循環して乳化効果が持続しない懸念がある。
【０００６】
これらの欠点は、被処理液を微粒子化して混合液にしたいエマルション生成にとって、最適の液膜乳化法になっていない。具体的には、液膜乳化法の前処理工程において、ＳＧＰ膜に圧入する前処理液を、乳化中の大量の攪拌液、異種液と混在して未乳化状態のもの、乳化進行中のもの、乳化途中で攪拌による剪断を受けているものなど、ごちゃ混ぜに液の操業管理が行われ、乳化剤添加の環境を複雑化した後に、乳化剤を添加することに問題があった。またＳＧＰ膜のガラス質が酸性であることに係る欠点と、装置の発錆予防対策とが相反する技術的関係にあることにも課題となる問題があった。
【特許文献１】特開昭５４−１１６３８９号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１７７３号公報
【特許文献３】特許第２７２０１０１号公報
【特許文献４】特許第２７３３７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題は、液膜乳化法実施の前処理段階と本工程である液膜化操作を技術分割していない取扱い上に瑕疵がある点である。またエマルション生成から消費されるまでを、液膜乳化操作を加えた連続動的操作を継続して行わなかった点である。そして前処理段階がクラスター分割を含む液細粒化操作を一時貯留中の液にも継続して行うことが細粒化前段階で生じる液の凝集性を阻害できる、良好な液膜化段階へ液を送り出す条件作りであり、その分子レベルの攪拌操作を継続しなかった点である。さらに液膜乳化法に用いるＳＧＰ膜の特定材質によって、アルカリ傾向の対象液を使えず、また強度の高い材質を選ぶことができない点である。加えるに、液膜化法の細粒混合方式が、液膜の一方側からろ過しながら他方側の液と混合、混和する単純機能形なので、ろ過と混合を液膜中で行う複合機能を行っていない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、その低濃度排ガス機能形燃料の生成法が、単一液に対する軟水化、乳化、混合液へのｐＨ調整や加振を含む改質操作を前工程中に行った後に本工程に送り出し、エマルション生成後に消費するまで、混ぜる操作を継続することを最も主要な特徴とする。
【０００９】
また本発明の燃料生成装置は、機械的強度が選択可能な混合装置を組み込み、エマルション生成前の液細粒子化操作から生成後に消費するまでの機械的回路を形成し、生成品に過剰分が生じても対処できる装置を有機的に配設したことを最も主要な特徴とする。
【００１０】
そして本発明の混合装置は、機械的強度を選択できる材質の支持体と、液通過接液面において通過液の剪断が生じない軟質材とによる機能分担型の合成薄膜を形成し、液の圧入圧力を自由選択可能に粒子化混合を行う構造を形成したことを最も主要な特徴とする。
【００１１】
さらに本発明の混合法は、ろ過機能を持つミクロンオーダーの微細幅で線状カット加工で開孔する遮断壁の一方側に、異種溶液の全種または選択した複数種の集合溶液を纏めて導入し、他方の壁面側空間に向けて圧入操作することによって溶液の微細化と、その液微細化粒子の拡散と混合が生じる構成にしたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の、低濃度排ガス機能形燃料生成法は、前工程中に単一液対象操作を含む改質操作、水質調整を行うので、原料受け入れ時の液水分粒子群を予めできるだけ小さくする細粒に群化し、粒容積当たりの界面面積を予め拡げて乳化剤の浸透度を深め、本工程操作直前の改質混和液を、当面する液膜の孔サイズに対応し易い小の粒子群に予め変えて粒子化混合を行う。従って液膜作用中の貫通抵抗が削減できるという利点がある。さらにエマルションの生成から消費まで、燃料生成装置の回路中で液を混ぜ続ける操作を行うので、乳化効果の減退を起こさせない利点がある。
【００１３】
また本発明の燃料生成装置は、構造材質に特定制限がないので燃焼装置に対応して機械的強度を自由に選択できる。従って材料を薄膜状にしても対応設計ができるので壊れる箇所がなくなるとの利点がある。生成品過剰分は、製造工程並みの混和操作を継続することにより生成初期の品質が保持でき、また燃料消費中に再取得する排ガス熱利用を煙道活用によって、高粘性の油供給部を排熱により温めて乳化剤の添加効果を上げたり、混合ユニットを温めて粒子化混合操作の反応効果を高めたりできる利点がある。
【００１４】
そして本発明の混合装置は、強度のある材質と軟質材から合成した薄膜を形成して混合粒子化部を形成したので、高圧の圧入操作を用いて壊れる心配のない構造内で、改質混和液の粒子化混合が行える利点が得られ、薄膜の軟質材には特に孔明けをしないカット加工によって実質的に開口する孔を設けたので、改質通過液を限りなく狭い間隙に通過させることができ、エマルションの粒子径をナノレベルまで微細化できる利点がある。
【００１５】
さらに本発明の混合法は、異種、複数の対象溶液を一空間に集めて無差別に一構造の開口部に貫流させる方法であるので、液導入配管が簡便になる利点や混合と共に微細化が行えるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一時貯留することになる生成品過剰分も、生成直後に直接消費するエマルション燃料生成品も、ともに均質な品質を保持できるミクロンオーダーの微粒子を保持できるように、変わらない低濃度排ガス機能を発揮する燃料生成法を確立するという目的を、前工程の混合ないし混和操作中に水質調整を付加して、本工程中に過剰生成分を前工程終段の攪拌混和工程に返送する循環系を配設することにより、混合液も改質混和液も最終生成品に対しても途中で中断させることない攪拌操作を加えて実現した。
【００１７】
また低濃度排ガス機能形燃料の生成法を実現する組立装置を機能させるという目的を、前工程ユニットと本工程配設装置とそれらに接続する二台のポンプを、主要装置に配設する循環配管系を構成して、装置全体を遅滞なく運転、操作可能に実現した。
【００１８】
そして混合装置混合粒子化部の液膜構造を、耐アルカリ性で機械的強度もあり、粒子化混合操作機能も有する構造にするという目的を、軟質薄膜層とそれを機械的に保持する支持体によって合成構造を形成して実現した。
【００１９】
さらにろ過と混合を液膜中で行う複合機能を実現する目的を、開口板の一側空間に複数の対象溶液を集合し、合わせて他側空間に向けて圧入操作することによって、微細化と異種混合と相互拡散を実現した。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の生成方法の１実施例を示す流れ図である。まず消費量に対応する設定油量と水量を、設定混合比に基づいて供給し（Ｓ１、Ｓ２）、油量に対しては界面活性剤または乳化剤の設定量を添加して乳化する（Ｓ３）と共に、水質が硬水であれば軟水化操作を行う（Ｓ４）。前記３種を混合した（Ｓ５）混合液は、発錆予防を兼ねたｐＨ調整と高周波照射や電磁的振動による加振操作を加え、混合液のクラスター分子を細粒化する液質調整（Ｓ６）の後に混和槽へ投入し、そこで機械攪拌しながら貯留される（Ｓ７）。またここに記載しないが、この混合液はポンプによる強制移送を利用し、また混和槽に用いる攪拌機は、混合液を剪断しないプロペラ構造と低剪断攪拌の操作が選ばれ、かつ混和液の脱気が行われる。加圧混和を行わない、混和槽内操作までを前工程と称する。
所定時間、攪拌、混和により得た混和液は、ポンプにて槽外管中に連続的圧入操作を受け、その吐出配管は調整圧に昇圧するまで液圧入操作を行う（Ｓ８）本工程に進む。該吐出配管には混合装置（以下、ナノＢｏｘという）が接続され、その内部構造の粒子化混合器内において、移送、圧送された混和液は、ろ過と混合の併合操作を受ける（Ｓ９）。
【００２１】
この粒子化操作は、対象液の一方に液体炭素系燃料を用いるエマルション生成を保障するために、その混合設定仕様をテスト結果に基づき得られる設定仕様に従うもので、これまでに、ナノＢｏｘ単体により液膜化を行う一段階操作、後述する図５に示すナノＢｏｘ複数を用いる二段階操作、並列操作、あるいはこれら組合せをヘッダー配管で連結、組み合わせて行う複ユニット構成による多段階操作を、粒子細粒化程度や処理量に応じて行う。
【００２２】
ナノＢｏｘから出力してエマルションが生成する（Ｓ１０）。出力した液が即時消費される場合に、エマルション生成量に過剰分があるか、逆洗時の使用量が消費先で消化できるかなど、ここに記載しないコントローラの記憶ソフトに基づいて生成量の量調整が行われる。その結果、該生成量が前記ソフト条件内の設定生成量であるか（Ｓ１１）、設定量以内であれば、燃焼装置など継続する消費先へ引き続き連続供給（Ｓ１２）して生成法を終了する。そうでなければ生成量不足の量であるか（Ｓ１３）が処理され、それが不足量であれば、前記Ｓ１２段階を経て生成法を終了する。しかし生成量不足でなく過剰生成量の場合、過剰分は混和槽に移送し（Ｓ１４）、全体装置の循環系内部の混和操作が続く。
【００２３】
図２は、本発明の燃料生成装置の１実施例の全体構成を説明するもので、（Ａ）は構成機器の全体配置を示すブロック図、（Ｂ）は機器類の計測、制御システムを示すブロック図、（Ｃ）は別の付加的構成を示すブロック図である。
同図（Ａ）に示す５は、油供給部５ａ、水供給部５ｂ、助剤供給部５ｃから成る前工程ユニット、６は前工程ユニット５の液を、ｐＨ計７ａ、水質調整器７ｂを操作して機械攪拌する混和槽７へ移送するポンプ、８は三種混合液を混和槽７が生成した改質混和液を、１パスまたは二段階混合ユニット１０ないし直列多段並列組込み混合ユニット２０へ圧入するポンプ、８ａは圧入ポンプ８が操作する圧入圧力を計測する圧力計、８ｂは前記混合ユニットの内部空気を脱気するエア抜き弁、二重破線で示す１４はエマルション生成品を混和槽７へ戻す返送管、１５はバーナー９と炉から成る生成品消費対象の消費ユニット、そして１９は全体の装置をアセンブリしたエマルション燃料生成装置である。なお、２５はバッファ機能を加えるサービスタンクであって、混合ユニット１０が消費量に対応しない過剰生成量を混和槽７に戻す場合に、前工程操作の工程管理上、必要がある際、適時に設置する構成装置である。また助剤（１）、助剤（２）とは軟化剤と乳化剤あるいは他の界面活性剤を示す。
【００２４】
同図（Ｂ）に示す１６は、二重線で示すパス１７を介して、矢印付き実線で示す流路に流量、水質調整、圧力、流量の切換操作を含む生成量調整を行う制御系機器を配置してそれらと交信する制御信号と、流量、ｐＨ値、熱量、温度などを測定して、点線で結ぶ黒丸で示すセンサー系から生じるデータを処理するコントローラである。なお、丸の中に×を納めて示す制御系機器を結ぶ実線に、点線を結ぶバーナー９に対しては、その仕様が選択的に変更があることを示す。さらに制御系の水質調整は、前工程ユニット５と混和槽７に対して行う制御機器を配置することを示す。
同図（Ｃ）に示す１８は、発熱する消費ユニット１５と加温操作を要する油供給部５ａと混合ユニット１０ないし２０の、ここに表示しない加温装置と配管する二重線で示す煙道であり、矢印付きの二重破線は二次的優先順位で配管することを示し、二重線は主たる優先順の供給先配管を示す。なお、煙道１８に挿入して、丸の中に×を納めて示す制御系機器は、その制御対象を、同図（Ｂ）のセンサー系に示す熱量／温度に連係する。
【００２５】
図８は、エマルション燃料と気体燃料との共用システムを示すブロック図であって、２２は、天然ガスやメタン発生ガスなどの気体燃料供給器２１をエマルション燃料生成装置１９と混合処理操作して燃料を消費する消費ユニット１５へ供給するための混合器である。気体燃料供給器２１には、消費ユニット１５へ供給可能とする圧力を保持または発生して、混合器におけるエマルション燃料との噴霧混合処理操作を発生可能のものとする。
【００２６】
本発明の燃料生成装置の１実施例では、主要機器の諸元としては流量６〜１０ｌ／ｍｉｎ、吐出圧１．４ＭＰａ、出力０．４ｋｗのポンプ６，８を用い、前工程ユニット５に設定する混合比率は、表示器付き自動入力設定器に加えてセンサーは下限防止および停止機能付きセンサを併用する制御操作を、水質調整はｐＨ９〜１２、加振操作振動数１５０Ｈｚ以下、混和槽内攪拌機を２００〜７００ｒｐｍ範囲の操作で運転し、全体占有面積４００×３００×７００Ｈ（ｍｍ）内に収納した。
【００２７】
図３は、エマルション燃料生成用の混合装置を説明する装置の全体構成と、粒子化混合の概念を示し、同図（Ａ）に示す１は、内径Ｄ１の入口配管に開口する外ケース１ａと外径Ｄ２の出口配管に開口する混合粒子化部２とにより形成する混合装置（以下、ナノＢｏｘという）であって、２と３とＤ２は同図（Ｂ）と同じである。
内部空間▲１▼と▲２▼および外ケース１の内外は密閉状に形成し、混合粒子化部２に形成する軟質薄膜層３に開口する孔によって内部空間▲１▼と▲２▼は連通する構成になっている。なお、矢印は改質混和液の流れ方向を示す。同図（Ｂ）、（Ｃ）に示す混合粒子化部２の実施例では、１ｂは、混合粒子化部２を一側に配置する厚さｔ２の支持体１ｃに保持され、その他側に合成する厚さｔ１の軟質薄膜層３に形成する軟質膜孔であって、同図（Ｂ）、（Ｃ）に示すものはともに同じでる。矢印は、改質混和液が該軟質膜孔を透過する方向を示す。
同図（Ｃ）に示す４は、軟質薄膜層３に形成するカット幅ｗ１が、広がりＲにＹ字状にに開口する軟質膜孔１ｂとともに、支持体１ｃ側も同形に開口する板孔である。直線型の主孔のみ開口する実施例でも良いが、主孔の一端に枝孔（１）を連続させた折れ線型、あるいは二点破線で示す枝孔（２）を設けて接続するＹ字型開孔構造を設けてもよい。この折れ線部に孔通過中に差し掛かった粒状分子は、外部強制力によって分断し、細粒化し易い空間を作り出す。
【００２８】
図４は、ナノＢｏｘの粒子化混合開口部の他の実施例を示し、３ａは、サンドイッチ状に軟質薄膜層３両側に支持体１ｃ、１ｄで挟んで形成する合成構造の該支持体両側にＲψ大きさの支持体開口４を設け、その開口中心位置に十字形カット加工の軟質膜孔１ｂを振り分けて設けて出来る厚さｔ１の軟質薄膜端片から成り、矢印付き点線方向から圧入操作される場合に、加工時に残留して下方に折れ曲がる薄膜端片３ｂによって可撓性が呈示されるようになった可撓膜片である。
【００２９】
本発明のナノＢｏｘの１実施例では、主要諸元は軟質薄膜層１ｂにｔ１＝０．５ｍｍのテフロンを用いて、支持体１ｃ、１ｄにｔ２＝０．５または１．０または２．０ｍｍのＳＵＳ薄板に接着合成し、開口は十字形カット幅ｗ１＝０．１〜１．０μｍ、長さ＝１．０〜１０．μｍ、流量がｍａｘ１０ｌ／ｍｉｎ用にあっては、ナノＢｏｘ大きさはＤ１＝２５φ×１７０ｍｍＬ、空間▲１▼に圧入する加圧力を０．５〜１．５ＭＰａとした。
【００３０】
図５は、ナノＢｏｘによる二段階混合ユニットの構成を説明し、（Ａ）は直列型の実施例、（Ｂ）は並列型の実施例を示す。同図（Ａ）に示す１２は、エア抜き弁８ｂを付設する前段ナノＢｏｘ１１とともに二段階混合ユニット１０を構成し、その出口配管と入口配管をバイパス管で循環可能の配管を付設する後段ナノＢｏｘである。
二段階混合ユニット１０内の改質混和液操作を、前段ナノＢｏｘ１１においては改質混和液を外側内部空間▲１▼から求心方向へ向かう内側内部空間▲２▼へ圧入し、次工程の後段ナノＢｏｘ１２においては、改質混和液を空間▲２▼から空間▲１▼へ圧入して遠心方向へ通過、処理するようにしても良い。この操作を一定期間毎に逆操作することによって、ナノＢｏｘ内部構造の逆洗操作を、特別に日常的に設けることもない。
同図（Ｂ）に示す２０は、二段階混合ユニット１０を並列に配設し、入口側と出口側の配管にヘッダーを設けて多流量の粒子化混合操作が行える用に構成した直列多段並列組込み混合ユニットである。
【００３１】
図６は、同じくエマルション化の作用を混合前状態と比較して説明するもので、（Ａ）は粒子径分布を示すグラフ図、（Ｂ）はエマルション生成品を顕微鏡写真によって示す実測イメージ図であって、粒子径分布群［０１］は、図３に示すナノＢｏｘ投入前の混合液分布、同群［Ｎ１］は同じく投入後のエマルション液分布を示す。
ここに示す試料例を、本発明装置による相対粒子量ピーク時粒子径位置を基準に比較すると、処理前試料に比べ２０分の１以下の粒子径群に細粒化されている。
【００３２】
図７は、ナノＢｏｘのエマルション化の特徴を操作を代えて行った場合の生成変化を説明するもので、（Ａ）はそれら粒子径分布を示すグラフ図、（Ｂ）は生成品を示す実測イメージ図である。ここに、粒子径分布群［０１］、［Ｎ１］の操作条件は、図６と同じである。また同［Ｎ２］は、図３に図示の、ナノＢｏｘ単体に２０分間連続して液循環させた後の試料データを示す。その装置投入前試料は、軽油７０（実質６８）、水３０、乳化剤２の混合液である。その混合ユニット投入前試料は、試料混合後、機械攪拌を約３０分間行った後の分布群［０１］であり、データ採取は、所定操作後に装置出口直後から得た。
【００３３】
図９は、本発明の、混合方法を説明し、異種二液の混合ないし混和作用とエマルション生成作用を示す模式図であって、図３（Ｃ）に図示するように、線状に孔加工したミクロンオーダーまたはそれ以下の開口カット幅によって貫通孔を設けて形成する混合粒子化部の開口板片側に、Ａ液、Ｂ液の異種液の混合操作を行って、該開口板の他側に微細化を進めて混在程度を高める複数液混合法であり、また前記開口板片側にＡ、Ｂ両液とＭなる乳化剤、界面活性剤を混在させ、開口板他側にエマルション生成を行ってＥ液なる混和液を生成する合成１液混和法を示したものである。
線状微細孔は、圧入された液分子を、クラスター化構成の分子の微小化、微小化クラスターのレプテーション化、生じた分子鎖の切断、表面張力による切断修復、鎖状形成分子の分離ブロッブ化、糸玉状ブロッブの撚り解消による糸状化、糸状の弱点切断など、近年解明された物性物理に係る高分子鎖知識によって、前記微細孔の細孔幅は液分子の状態を決める手順をガイドするものと推量される。ここで１ミリ加工板に開口幅ｗ１＝１ミクロンを開口することが、例えばｗ１の１ミリに対する加工板厚さが、１ｍに換算できる相似点なるという理屈が、前記推論に導く。
充分にミクロンオーダー前後に微細化した異種液は、予め単独ごとにフィルタリングした異種液を混合した場合に得られる混合液と変わることなく、本発明混合法における前記混合ないし混和の両法により得られる液は、その過程で、濃度を一様にしようと揺れる、即ち協同拡散モード段階を経て、異種液が確率的に混在する状態を得ると推量される。
この推測は、前記複数液混合法の実施例として図６に示す粒子径群［Ｎ１］の混合液と、前記合成１液混和法の実施例によって得た図７に示す粒子径群［Ｎ１、Ｎ２］を用いて行った燃焼実施によって、失火が生じることなく燃え続けたので、実用的な混合法、混和法であることを知った。
【００３４】
前記試料を得て、これらエマルション生成品を燃焼させて、発生する排ガス測定を行った。その実施例を下記の表に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
上記した表１において、本発明の燃料生成装置において比較例の２〜３倍の圧入加圧力を得ることができ、発生する排気ガスの減少率が、ＮＯｘデータでは比較例８５（１００−８５＝１５）、実施例１では同じ減少率、実施例２では９７（１００−９７＝３）、黒煙データは比較例６５（１００−６５＝３５）、実施例１および２とも８２（１００−８２＝１８）であった。ここに比較例は、ＳＧＰ膜による液膜乳化法によって得た試料をによるものである。換言すれば、前記したＮＯｘデータ比較では、比較例の括弧内（＝１５）値と実施例２の括弧内（＝３）を比べることが出来る。
黒煙データ比較では、同様に比較例（＝３５）、実施例１および２とも（＝１８）と比較できるので、実施例の方がＮＯｘ排気で１５／３の効果を得たことを示し、黒煙排気で３５／１８の効果があったことを示す。実施例の方がＮＯｘ排気で５倍、黒煙排気で約２倍の低濃度排気機能を有するエマルションであった。
なお、参考値として調べた燃費効果では。軽油、重油とも比較例より約２割のコスト低下を得、ランニングコストにおいても、有利な結果が得られた。この実燃料消費量当たりの結果を実油量のみを対象としたｔｏｅ（石油換算）単位で表せば、［１００＋（１００−７０）］÷（１００−３０）＝１．８８倍、燃費は向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の生成方法、その燃料生成装置、この生成装置に組み込むナノＢｏｘ、この混合装置を用いた混合法を含む一連の異種液の生成技術は、暖房、温室加温を含む燃焼設備に用いるボイラー、製薬、化粧品、化学品の製造分野において、異種液の均一拡散液の混合液、エマルション混和液あるいはラセミ化反応活用に広く、多分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】低濃度排ガス機能形燃料生成法を示した流れ図である。
【図２】低濃度排ガス機能形燃料生成装置の全体構成を説明するもので、（Ａ）は構成機器の全体配置を示すブロック図、（Ｂ）は機器類の計測、制御システムを示すブロック図、（Ｃ）は別の付加的構成を示すブロック図である。
【図３】燃料生成用混合装置を説明するもので、（Ａ）は装置を側断面で示す全体図、（Ｂ）は粒子化混合の概念を示す部分側断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ′矢視図である。
【図４】混合装置の粒子化混合開口部の他の実施例を示す部分側断面図である。
【図５】混合装置による二段階混合ユニットの構成を説明するもので、（Ａ）はその第一実施例を示す全体構成図、（Ｂ）はその第二実施例を示す全体構成図である。
【図６】混合装置によるエマルション生成作用を混合前状態と比較して説明するもので、（Ａ）は粒子径分布を示すグラフ図、（Ｂ）はその生成品を示す実測イメージ図である。
【図７】本発明の、混合装置によるエマルション化の特徴を説明するもので、（Ａ）はその粒子径分布を示すグラフ図、（Ｂ）はその生成品を示す実測イメージ図である。
【図８】エマルション燃料と気体燃料との共用システムを示すブロック図である。
【図９】本発明の、混合方法を説明するもので、（Ａ）は二液混合作用を示す模式図、（Ｂ）はエマルション生成作用を示す模式図である。
【図１０】従来技術を説明し、粒子化混合の概念を示す部分側断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 混合装置
１ｂ 軟質膜孔
１ｃ、１ｄ 支持体
２ 粒子化混合部
３ 混合構造
４ 支持体開口
５ 前工程ユニット
５ａ 油供給部
５ｂ 水供給部
５ｃ 乳化剤供給部
６、８ ポンプ
７ 混和槽
７ａ 水質調整器
８ｂ エア抜き
１０ 混合ユニット
１１ 前段混合装置
１２ 後段混合装置
１４ 返送管（過剰生成分）
１６ コントロ−ラ
１８ 煙道
１９ エマルション燃料生成装置
２１ 気体燃料供給器
２２ ガス混合器
２３ 生成品
２５ サービスタンク
Ｏ 油
ｔ 混合粒子化部孔径
ｔ１ 軟質膜厚
ｔ２ 支持体厚
Ｗ 水
ｗ１ 膜孔スリット幅（実質最小孔幅）
▲１▼ 膜外側空間
▲２▼ 膜内側空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油と水に混合改質を加えた混合操作を行い、続いて細孔加工済み膜モジュールを用いて微粒化する低濃度排ガス機能系燃料生成法において、
前工程（Ｉ）と液膜化混合操作を含む本工程（ＩＩ）から成る生成法であって、前工程（Ｉ）が、油（Ｏ）の乳化と清浄水（Ｗ）の軟水化を別途行った後に両液を混合し、該混合した液にｐＨ調整と加振操作を加える液質調整を行い、その後に混和槽（７）に一時貯留し、その槽内で油（Ｏ）種に応じて前記混合液のｐＨ９〜１２に保持する制御を行いながら設定時間、機械攪拌するまでの工程であって、本工程（ＩＩ）が、混和槽貯留液をポンプ（８）により吸引し、粒子化混合を行う混合ユニット（１０）へ圧送し、該混合ユニットによりミクロンレベルの液膜化操作を行う工程であって、工程中の流路内に設ける各種センサから流量、ｐＨ値を含む液発生データを読み取って、それら検知データを混和槽（７）内貯留液制御値のフィードバック制御に用いて貯留液を連続して制御操作し、その操作液を前記圧送液に受けて混合粒子化部に設ける微細幅線状開口に貫流させる粒子化混合操作を進め、油（Ｏ）と水（Ｗ）のエマルションを生成することを特徴とする低濃度排ガス機能系燃料生成法。
【請求項２】
混合ユニット（１０）から得られるエマルション生成品（２３）の生成過剰分（２４）を、混和槽（７）へ返送可能にすると共に、その返送途中に選択的に設けるサービスタンク（２５）を常時攪拌操作可能に設置して、混和槽（７）への前記生成過剰分返送操作の遅延制御機能として構成する請求項１記載の低濃度排ガス機能形燃料生成法。
【請求項３】
請求項１および２記載の低濃度排ガス機能形燃料生成法を実施する燃料生成装置において、
前工程（Ｉ）に、油（Ｏ）と水（Ｗ）と助剤の供給手段（５）と、液移送用の供給ポンプ（６）と、供給手段（５）が供給する混合液を一時貯留し、機械攪拌可能な混和槽（７）と、該混和槽貯液をｐＨ調整および加振操作によって液改質を可能にする水質調整器（７ａ）を配設して接続配管を構成し、本工程（ＩＩ）に、混和槽（７）から混合ユニット（１０、２０）へ貯液圧送を行う加圧ポンプ（８）と、該混合ユニットが生成する生成品（２１）を受けて燃焼消費する消費ユニット（１５）を配設して各接続配管し、ついで前記混合ユニットの出口配管から分岐して混和槽（７）まで戻す返送管（１４）を設けて構成することを特徴とする低濃度排ガス機能形燃料生成装置。
【請求項４】
消費ユニット（１５）の排気を、前工程（Ｉ）の油供給手段（５ａ）と混合ユニット（１０、２０）に選択的に配管する排気用の煙道（１８）を、前記前工程に加温操作可能に構成する請求項３記載の特徴とする低濃度排ガス機能形燃料生成装置。
【請求項５】
混合ユニット（１０、２０）を消費ユニット（１５）に連結配管する中間に、ガス混合器（２２）を付設し、それに天然ガス等の気体燃料供給器（２１）を配管接続して、供給する生成品（２３）をガスと混合して消費するように噴霧混合処理操作可能に構成する請求項３記載の低濃度排ガス機能形燃料生成装置。
【請求項６】
請求項３、４および５記載の、混合ユニット（１０）を構成する混合装置（１）が、出入口の配管口座を有する密閉状の外ケース（１ａ）と、その出入口を遮断し、その遮断壁に多数の微細貫通孔付き有孔部（１ｂ、４）を設ける混合粒子化部（２）を構成し、該混合粒子化部は高分子樹脂から成る軟質薄膜層（３）と該薄膜層を保持する金属性薄板から成る支持体（１ｃ）によって合成構造を形成し、軟質薄膜層（３）には線状形カット加工を施して実質的に遮断壁の一方から他方の壁面側空間へ開口する孔（１ｂ）を、支持体（１ｃ）には該軟質薄膜層のカット開口周辺部を保持する受け孔を、各々設けて構成することを特徴とする混合装置。
【請求項７】
請求項３、４、５および６記載の混合装置（１）に用いる混合法において、ミクロンオーダーの微細幅で線状カット加工を施し、開口する孔（１ｂ）を貫通させた遮断壁の一方側に、混合対象ないしエマルション合成対象とする異種溶液の全種または選択した複数種の集合溶液を導入し、該遮断壁の一方側から他方の壁面側空間に向けて圧入操作を行い、対象溶液の微細化と、その液微細化粒子の拡散と混合が生じる構成にしたことを特徴とする混合法。
【請求項１】
油と水に混合改質を加えた混合操作を行い、続いて細孔加工済み膜モジュールを用いて微粒化する低濃度排ガス機能系燃料生成法において、
前工程（Ｉ）と液膜化混合操作を含む本工程（ＩＩ）から成る生成法であって、前工程（Ｉ）が、油（Ｏ）の乳化と清浄水（Ｗ）の軟水化を別途行った後に両液を混合し、該混合した液にｐＨ調整と加振操作を加える液質調整を行い、その後に混和槽（７）に一時貯留し、その槽内で油（Ｏ）種に応じて前記混合液のｐＨ９〜１２に保持する制御を行いながら設定時間、機械攪拌するまでの工程であって、本工程（ＩＩ）が、混和槽貯留液をポンプ（８）により吸引し、粒子化混合を行う混合ユニット（１０）へ圧送し、該混合ユニットによりミクロンレベルの液膜化操作を行う工程であって、工程中の流路内に設ける各種センサから流量、ｐＨ値を含む液発生データを読み取って、それら検知データを混和槽（７）内貯留液制御値のフィードバック制御に用いて貯留液を連続して制御操作し、その操作液を前記圧送液に受けて混合粒子化部に設ける微細幅線状開口に貫流させる粒子化混合操作を進め、油（Ｏ）と水（Ｗ）のエマルションを生成することを特徴とする低濃度排ガス機能系燃料生成法。
【請求項２】
混合ユニット（１０）から得られるエマルション生成品（２３）の生成過剰分（２４）を、混和槽（７）へ返送可能にすると共に、その返送途中に選択的に設けるサービスタンク（２５）を常時攪拌操作可能に設置して、混和槽（７）への前記生成過剰分返送操作の遅延制御機能として構成する請求項１記載の低濃度排ガス機能形燃料生成法。
【請求項３】
請求項１および２記載の低濃度排ガス機能形燃料生成法を実施する燃料生成装置において、
前工程（Ｉ）に、油（Ｏ）と水（Ｗ）と助剤の供給手段（５）と、液移送用の供給ポンプ（６）と、供給手段（５）が供給する混合液を一時貯留し、機械攪拌可能な混和槽（７）と、該混和槽貯液をｐＨ調整および加振操作によって液改質を可能にする水質調整器（７ａ）を配設して接続配管を構成し、本工程（ＩＩ）に、混和槽（７）から混合ユニット（１０、２０）へ貯液圧送を行う加圧ポンプ（８）と、該混合ユニットが生成する生成品（２１）を受けて燃焼消費する消費ユニット（１５）を配設して各接続配管し、ついで前記混合ユニットの出口配管から分岐して混和槽（７）まで戻す返送管（１４）を設けて構成することを特徴とする低濃度排ガス機能形燃料生成装置。
【請求項４】
消費ユニット（１５）の排気を、前工程（Ｉ）の油供給手段（５ａ）と混合ユニット（１０、２０）に選択的に配管する排気用の煙道（１８）を、前記前工程に加温操作可能に構成する請求項３記載の特徴とする低濃度排ガス機能形燃料生成装置。
【請求項５】
混合ユニット（１０、２０）を消費ユニット（１５）に連結配管する中間に、ガス混合器（２２）を付設し、それに天然ガス等の気体燃料供給器（２１）を配管接続して、供給する生成品（２３）をガスと混合して消費するように噴霧混合処理操作可能に構成する請求項３記載の低濃度排ガス機能形燃料生成装置。
【請求項６】
請求項３、４および５記載の、混合ユニット（１０）を構成する混合装置（１）が、出入口の配管口座を有する密閉状の外ケース（１ａ）と、その出入口を遮断し、その遮断壁に多数の微細貫通孔付き有孔部（１ｂ、４）を設ける混合粒子化部（２）を構成し、該混合粒子化部は高分子樹脂から成る軟質薄膜層（３）と該薄膜層を保持する金属性薄板から成る支持体（１ｃ）によって合成構造を形成し、軟質薄膜層（３）には線状形カット加工を施して実質的に遮断壁の一方から他方の壁面側空間へ開口する孔（１ｂ）を、支持体（１ｃ）には該軟質薄膜層のカット開口周辺部を保持する受け孔を、各々設けて構成することを特徴とする混合装置。
【請求項７】
請求項３、４、５および６記載の混合装置（１）に用いる混合法において、ミクロンオーダーの微細幅で線状カット加工を施し、開口する孔（１ｂ）を貫通させた遮断壁の一方側に、混合対象ないしエマルション合成対象とする異種溶液の全種または選択した複数種の集合溶液を導入し、該遮断壁の一方側から他方の壁面側空間に向けて圧入操作を行い、対象溶液の微細化と、その液微細化粒子の拡散と混合が生じる構成にしたことを特徴とする混合法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１７４６９９（Ｐ２００８−１７４６９９Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３８５１２（Ｐ２００７−３８５１２）
【出願日】平成１９年１月２２日（２００７．１．２２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５９３２０８６０３）株式会社アコ−ドシステム (6)
【出願人】（３９０００２９６７）有限会社ナツ・コープ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２２日（２００７．１．２２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５９３２０８６０３）株式会社アコ−ドシステム (6)
【出願人】（３９０００２９６７）有限会社ナツ・コープ (9)
【Ｆターム（参考）】
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